糾正問題錯誤描述：氫燃料電池不是儲能電池，與鋰電池不衝突

日本發展氫燃料電池引起了很多人的熱議，其論點是氫燃料電池比鋰電池先進在哪？這種在對技術一無所知的前提下即可認定為“先進”，本身是一種無知與自卑的表現，在分析這種技術是否有價值之前——首先要明白什麼是氫燃料電池堆，否則只能顯得“磕膝蓋有些朝後”了。

氫燃料電池堆-發電

動力鋰電池組-儲電

大部分吹捧氫燃料汽車的所謂汽車愛好者，是連發電與儲能電池組都沒鬧清楚的，認為車輛有一組電池堆就能直驅汽車行駛了吧。然而真正的氫燃料電池堆只能用以發電，利用的是氫氧與催化劑的反應產生電流，實現涓流穩壓為動力電池組充電；汽車的的真正動力源是來自動力電池組，否則僅僅靠低功率的發電這臺車還能開嗎？

綜上所述，燃料電池堆與動力電池組是相輔相成的，氫燃料電池的概念本質為【化學發電增程器】。增程式電動汽車早已大量普及，比如混合動力綠色車牌的公交車和旅遊大巴都是增程車，區別無非是發電增程器選擇了“內燃機+發電機組”，利用消耗燃油為基礎發電；這種成熟的模式是真的可以節能的，因為內燃機與電動機的能量轉化率差距極大。（參考下圖組）

圖1：內燃機的平均熱效率≤40%，因為有冷卻、運動、進排氣熱能損耗，而熱能是轉化為機械能的基礎。

圖2：電動機的平均轉化率≥90%，優秀機型已經接近了97%。也就是說同樣為發動機，電動機的扭矩損耗是極低的。

假設一臺大巴車用內燃機直驅，需要發動機的排量至少在5.0升左右；大排量發動機以平均2500轉左右的轉速運轉，其耗油量是不是很大呢？但如果用高效率的電動機驅動，其平均電耗假設為50kwh/100km，那麼內燃機作為增程器只需要以1500轉的低轉速恆定執行，帶動發動機實現滿足額定50kw功率的發電量即可。而實現這一功率並不需要大排量柴油機，1.5T/2.0T已經綽綽有餘了——利用小排量發動機恆定運轉發電，再利用高效電機驅動汽車，這是燃油動力增程系統能夠結構的原因，但是氫燃料電池堆做不到。

氫燃料電池堆發電的基礎是氫氧反應，氧氣可以從自然界源源不斷的額獲取，但是氫氣不可以哦。所以氫燃料發電需要製造氫，而利用石油天然氣與煤炭制氫與其號稱的節能減排背道而馳，那麼只有電解水制氫可以利用了。透過電解水方式消耗60kwh左右的電能可以製造一公斤氫，但利用一公斤氫在燃料電池堆中只能反應出20kwh左右的電，以每公斤氫浪費40kwh的電為代價去增程，這與節能減排還有一毛錢的關係呢？然而為什麼蒼龍級潛艇要用這種模式呢？

日本是不可以將核技術用以軍備的，而潛艇在水下是不能使用柴電增程系統的，氧氣是很大的問題。此類潛艇需要在海面上利用柴電系統為蓄電池組充電，在水下的續航能力完全以儲能電池容量決定。不過API系統就數可以一定程度解決這一問題，化學發電可以有效提升水下潛航能力；重點是在軍備方面是不絕對考慮能耗的，所以蒼龍級只能考慮這種系統，而有核國家對於這種技術基本為棄之如敝履。

豐田汽車的氫燃料電池堆技術，說白了就是蒼龍級潛艇的技術開發，但對於汽車而言充其量“廢物利用”。首先因為氫燃料電池組的能耗太高，其次是製造成本非常之高，一組小小功率的電池堆需要幾十克的鉑，買一枚鉑金戒指的需要多少錢呢？而日本之所以大力推廣這種技術，原因只是在白金點火的化油器時代為了壟斷行業而儲備了大量的鉑，但是在電噴時代就沒用了；但是制氫可以消耗這種金屬，原因懂了嗎？

日本氫燃料增程式汽車在其本土市場也沒有得到認可，七八年的光景只有幾千臺的保有量，數千座加氫站無一不在虧損——日本人也沒有那麼愚蠢了，但是日本氫能社的會長龍野廣道似乎認為中國汽車市場的水平很低，所以也才放出在中國汽車市場大力發展氫燃料汽車的P話，但是這種問題特別突出的車在哪都不會得到認可，國內加上試驗車的保有量比日本還低。這就是氫燃料增程式電動汽車，至少在汽車領域是非常愚蠢卻也野心勃勃的嘗試。

是什麼讓你產生了氫氣燃料電池比鋰電池還靠譜的錯覺？至少在當前，氫能源的安全性那是遠遠比不上鋰電的。潛艇內部空間十分狹小，而且要潛入海底，一旦出現火災那就是凶多吉少，幾乎沒啥迴旋餘地。所以不要說氫燃料，鋰電池除了日本都沒有誰敢玩。至少在商用層面上，存量寥寥的氫燃料汽車產業已經出了多起嚴重事故——不是汽車本身，而是加氫站。也就是說氫氣儲存到今天還是個大問題。

潛艇內部，空間十分狹窄，一旦出現氣體洩漏，火災，很難有迴旋餘地

人類當前的儲氫裝置有多不靠譜，看看商用的加氫站就知道了。截止2019年底，全球一共建成450座，但美國，南韓，日本，挪威，這些開展加氫試點的國家都已經發生過加氫站爆炸事件，所以事故率還是相當之高的，潛艇這種昂貴的武器承受不起這種高風險。

氫能源汽車，普及的不多，出的事故不少，而且都是在儲氫裝置上出的問題

那鋰電池就靠譜嗎？也不靠譜，畢竟鋰電池也是一種性子比較“烈”的電池，在電動車上經常發生火災。而且鋰電池發熱嚴重，如果做不好散熱處理也會增強潛艇的紅外特徵。那日本為啥要在蒼龍級基礎上加上鋰電池呢？還不是和平憲法給逼的。實際上日本的民用核技術在世界也是排到前面的，如果肯讓三菱放開搞，弄出個潛艇用的核反應堆也不是太大的難事，畢竟連印度都搞出個殲敵者號核潛艇了。但是核潛艇是典型的進攻型武器，在法理上就已經被斃掉了，除非日本進一步修憲，否則不可能讓他搞。所以日本是沒得選，核潛艇不可能搞，為了提高潛艇潛航能力就只能上鋰電池。至少鋰電池還是比氫燃料電池靠譜的多。

氧燃料電池技術面臨的技術瓶頸更多，不光是電堆丶催化劑的壽命和成本的問題，還有氫氣的來源丶運輸和儲存的問題，所以，在產業化的竟賽中，氫燃料電地根本不是鋰電的對手。而日本之所以下注氫燃料，是因為在鋰電車的竟賽中，日本主攻的技術路線是混合動力，而且一度獨佔鰲頭，但再往後就成了特斯拉丶比亞迪的鋰電技術路線的手下敗將，再換到鋰電跑道就趕不上了，所以才又主攻氫燃料電池，想彎道超車，一度造勢很厲害，讓中國誤以為氫能源是電動汽車的終極目標，可再好的宣傳也無法挽救在市場上的邊緣化，最終連豐田也不得不改換門庭，將主攻方向轉移到鋰電上。但對中國還要繼續尋找氫燃料電池的接盤俠，這樣會挽回一點損失，所以說日本的策略是：明修（氫能源）棧道，暗渡（鋰電）陳倉。再次上演了日本多次的戰略失誤丶戰術補救的老戲。氫燃料電池技術之所以不會成為主流技術，還有一個更重要原因：未來的能源不是分子態的，而是離（電）子態的，分子態能源無法在智慧城市綜合體中傳輸和儲存，只有離（電）子態能源才能適應未來世界。因此，物質形態的能源只能作為一次能源來使用，而城市丶交通丶居民所需要的一定是隻需要導線就可以輸送的二次能源，而且一定是離（電）子態的能源，氫燃料沒有未來。

日本沒法啊，核電沒有，只能找這些。日韓鋰電事故比中國還多，氫燃料電池好看的好看，但缺陷比較致命，基本無解。

燃料電池淘金客做過用過很多，曾經給多個專案配套。首先說燃料電池和鋰電池並不衝突。以燃料電池為AIP輔助動力，德國已經實現了。但燃料電池技術先進的日本並沒有採用，甚至連AIP輔助動力都還是用的斯特林發動機，現在連斯特林發動機都取消了，全鋰電池。這是因為幾種電池的特性很不一樣，下面來展開講一下。

發展了幾十年的鋰電池，相對來說技術風險很小。相比之前潛艇上用的鉛酸電池來說，鋰電池的優勢首先是能量密度大，特斯拉用的單節鋰電池能量密度高達280WH/公斤，是鉛酸電池的好幾倍。換句話說，原本上世紀80年代先進常規潛艇的水下效能是20節最高速續航1小時，4節靜音航速24小時左右，現在可以翻好幾倍，已經達到了傳統AIP動力的4節水下潛行一週的標準，而技術上呢，基本就是把鉛酸電池替換掉，技術風險非常小。

跟燃料電池相比，鋰電池的優勢在於功率密度大！德國212、214級潛艇上的燃料電池，都只有不到300KW的功率。而鋰電池的能提供的功率要比這大幾十倍！也就是說，目前德國的燃料電池系統只能做AIP輔助動力，提供水下低速潛航的動力。而鋰電池完全可以作為主動力，即使以20節衝刺，也完全不在話下！

另外鋰電池不用儲存、補充氫氣和氧氣，這也是對比燃料電池的重大優勢。

有答主提到鋰電池的安全性，這是對潛艇動力不太瞭解，事實上鋰電池不說比鉛酸電池更安全，至少也是各有所長的。鉛酸電池在儲存、放電時會產生少量的氫，這是很危險的，所以潛艇用電池還要配酸液迴圈系統和攪拌系統，少產生一些氫，還要及時處理已經產生的氫。如下圖。而鋰電池完全不用擔心這個問題。

鋰電池的危險在於熱管理，尤其是在大功率放電的時候，但事實這在水下並不算困難，海水本來就可以用來冷卻，只是要注意鹽份結晶堵塞管道。蒼龍這麼大規模使用鋰電池，熱管理系統是必須的，這也是技術核心！

燃料電池並不是沒有優勢的，它的綜合能量密度很高。這裡用“綜合”是有用意的，考量燃料電池系統的能量密度，要把發電的燃料電池模組、儲能的儲氫裝置（如下圖，潛艇上的儲氫系統）兩大部分的重量全部算上去！如果只是滿足低速潛航的需求，發電的燃料電池模組可以做小一些，氫氣可以多裝一些，算下來綜合能量密度達到700WH/公斤是沒有問題的，再擠一擠做到鋰電池的3倍也是有可能的。

現在題主應該可以明白，為什麼燃料電池適合做AIP？如果用燃料電池提供潛艇的最大功率需求，發電的電池本身會很大很重，綜合能量密度和鋰電池相比就不划算了！至於成本，什麼鉑的用量，這在軍用領域根本就不是什麼大問題。另外一個缺點，燃料電池需要補充氫氣和氧氣，這對後勤、港口的要求比較高。

單從效能上講，鋰電池和燃料電池搭配形成“電-電”混合是最好的，鋰電池提供衝刺速度，燃料電池提供長的續航時間。但是，這樣一來系統就更復雜了，造價高、技術風險大。

首先日本豐田的燃料電池技術的確非常牛，幾年前就把113KW的燃料電池組裝進小小的乘用車了，反觀德國214級潛艇，也就是兩組120KW，跟豐田的大客車（如下圖，裝了2組113KW的燃料電池）功率差不多。但是，車用和潛用燃料電池不完全是一碼事！車用的用空氣，潛艇上用的是自身攜帶的氧氣！兩種電池在設計思路上差別很大！車用電池牛，不代表潛用電池純氫電池技術也牛！

其次，前面說過了，僅僅是把以往潛艇上用的鉛酸電池換成鋰電池，效能已經能夠和AIP動力相比，結構還要簡單得多，甚至比斯特林AIP還要簡單，後勤也方便，這一代的蒼龍實在沒必要再冒更大的技術風險了。步子太大會牽著那啥的。

日本研發新型吸氫合金失敗，擔心稀土被卡脖子，最終放棄燃料電池方案

首先29SS（平成29年度潛艇計劃）是日本海上自衛隊的下一代常規潛艇專案，他是作為蒼龍級潛艇的繼代者而推出，而非現在的蒼龍級潛艇，蒼龍級潛艇的對應專案名稱是16SS（平成16年度潛艇計劃）。

▲29SS想象圖，該潛艇已經開工，計劃2022年下水

29SS最初是計劃採用燃料電池技術作為AIP不依賴空氣推進模組的，計劃使用燃料電池+鋰電池+柴油機的複合動力方案。燃料電池雖然儲能密度高，但是不能進行反向充電，需要進行加氫的方式充能，在潛艇上是作為AIP不依賴空氣情況下的應急動力來源，所以其與鋰電池其實並不衝突。但是在2018年進行的高效儲能和供電系統評估中，日本刪除了在29SS上使用燃料電池的計劃，採用大量的鋰電池+柴油機的佈置方案，放棄了AIP技術，潛艇在水下完全依靠鋰電池儲能進行工作。

根據日本方面的說明，部分原因是日本進行的下一代AIP技術研究（燃料電池）中，關於新型吸氫合金方面重大失敗。之前燃料電池的吸氫合金需要大量使用稀土，不僅價格昂貴，而且供貨來源存在不穩定性因素（說白了就是世界85%的稀土產量在中國）。所以日本從2005年開始投入巨資進行新一代吸氫合金研究，不過依然失敗，再加上中國大幅度削減稀土出口，難免讓日本感到不安。

▲高效能吸氫合金需要鈮、鋯等稀土中提取元素作為催化劑，以及稀土提取成泥狀金屬作為氫化反應劑。而不使用稀土元料的六邊形金屬晶體，不僅吸氫能力只有其1/6，而且體積越大，活化越困難。所以民用汽車可以用六邊形金屬晶體結構代替以減少稀土用量，而軍用產品要想保證效能，很難。

燃料電池是依靠氫和氧反應產生電能，因而有個很大的危險因素，儲存和工作過程中會產生氫洩露。所以需要吸氫金屬控制氫氣釋放，防止氫氣洩露事故。氫氣是一種極危險不穩定氣體，爆炸閥值低到4.1%，對於潛艇這種密封場所來說，更容易發生氫氣累積事故。2000年俄羅斯庫爾斯克號核潛艇爆炸事故就是魚雷上的過氧化氫燃料洩露，分解產生氫氣導致爆炸，並殉爆了整個魚雷艙。2017年阿根廷海軍聖胡安號潛艇也是鉛酸蓄電池電極電解液體產生氫氣，導致爆炸沉沒。所以對於潛艇使用燃料電池方面，吸氫金屬是個無法繞開的必需項。

▲當年被炸的四分五裂的庫爾斯克號核潛艇

另一方面日本鋰電池技術上非常強，可以說是世界上絕對的領先，其在鋰電池方面地位甚至遠超其在燃料電池方面的地位。日本本身就是最先發明現代鋰離子電池並進行工業化的國家，1991年，日本索尼和旭化成商業化了第一款鈷酸鋰電池，旭化成工業株式會社研究員吉野彰也因此榮獲2019年的諾貝爾化學獎。直到現在，日本依然霸佔世界高階鋰電池市場，比如特斯拉的鋰電池供應商就是松下。所以日本在這方面技術實力強勁，潛艇使用鋰電池的效能、可靠性和安全性都有較大保障。

日本在2018年下水的蒼龍級潛艇凰龍號是世界上第一艘採用鋰電池代替鉛蓄電池的常規潛艇，日本聲稱凰龍號潛艇在不增加重量和體積情況下，電池儲能能力擴大到原先的三倍。顯然日本是在凰龍上試驗鋰電池，並取得令人滿意的結果之後，兩者此消彼長之下，最終選擇放棄燃料電池方案，增加鋰電池數量，完全以鋰電池作為水下活動供能來源。